Cap18

PartelV

ientode Pa{ícuIas Procesam

param et al esY cerámi cos

-ln

lü

DE POLVOS METALLJRGIA D E Lc n P í r u l o coNTENtDo 1t ] . 1

1t\.2

1t ] . 3

Iti.4

1t ] . 5

I ti.6

Caracterizaciónde los polvosen ingeniería geométricas 1U.1.1 Características 18.1.2 Otrascaracterísticas de Polvosmetálicos F'roducción 1t\,2.1 Ato¡nizaciín 1t).2.2Otros métoclosde producción convencionaly sinterizado Prensado 18 . 3 . 1 M e z c l a d oy c o m b i n a c i ó nd e p o l v o s 1 8 . 3 . 2C o m ¡ r a c t a c i ó n 1 8 . 3 . 3S i n t e r i z a d o 1 t|.3.4 Operaciollessecundarias y técnicasde sinterizado cie¡-rrensado Altertrativas isostático 18.4.1 Prerrsaclo 'lt\.4.2 Moldeo por inyecciónde polvos y forjado It].4.3 Lar¡inacjode polvos,extrusiórr y sinterizado prensado de 1tJ.4.4Conrbinaciórr en faselíquida I 8.4.5 Sillteriz-aclo para metalurgiade polvos procluctos y Materiales la metalurgiatle polvos para 1t}.5.1 Materiales de la lnetalurgiade polvos 1t).5.2Procltlctos clecliseñoen metalurgiade polvos Cortsicleraciones 1 8 . 6 . 1 S i s t e r ncal ec l a s i f i c a c i ódne p a r t e s para el cliseñode partesen metalurgiade polvos 18.6.2 Lilreal¡ierrt<¡s

de metales de procesamiento Ltt tttatttlr,.gitttlc ¡tolv,s. Mp (pM en inglés),es una tecnología producde usual secuencia la partesa partir de polvos lnetálicos.En elr la que se pr.oclucen calientan se y deseada luego ciírr ¿e la pM, l.s polvos se cornprimenpara darlesl¿rforma La compresióll'llanlada y rígida. dura rnasa ocasi.rar.la urriónclelas partículasen una par¿r especíñcase cliseñan sc r.calizaerr urrnnriiquinatipo prensacuyasherranrientas ¡tt.r,rt.s.tltr. en generaltrlellle un dadoy a,r,tristell l,lrs hcrr¿r¡lrielrl¿rs.,¡ria rrrr,rrre ¡,rr.irl. l)ir.rclr ¡rr.tlrrcir'. "*¡a$lÜ¡

394

de polvos 18/ Metalúrgica Capítulo esto que la PM es más adecuadapara nive uno o más punzones,puedenser costosasy es por llamado sinterizctdose realizaa una tem medios o altos de producción.El tratamientotérmico, que hacende la ntetalurgia consideraciones raturapor debajodel punto de fusión del metal.Las

*'";l*j:1*1*:'*-:::#. j:,".':;",,::,;::, reduciendola necesidadde procesosposteriores. cerca rlel 97o/r'de los . Los procesosde ra pM imprican muy poco desperdiciode material, con los procesos conrparafavoratrlemente polvos inicialesse conviertenen proaucio.Esto se son materialde desperdiy maz.arotas de fundición en los cualeslas coiadas,alimerrtaclores cio en cadaciclo de Producción' pM, se puedenhacer partescon un nivel , Debido a la naturalezadel material inicial en la a la proclucciónde partescle metal específicode porosidad.Esta característicase presta aceite'así como filtros' poroso,como rodamientosy engranesimpregnablescon fbrmar por ll'le. Ciertosmetalesque son difíciles cle fabricar por otros métodos,se pueden (ltlcsc)tlsilllclt llts tle lttttgslettt) l()slil¿illrc¡ll()s talurgiade polvos.El tungslell0cs un e.ielrr¡llo, colt lecnologíatle PM' se manuf'acturan lámparasincandescentes proclucirpor tltros de aleacionesmetálicasy cernretsque no se pueden . Ciertascombinaciones métodosse PuedenhacerPor PM' qtte se con la mayoríade los procesosde fundiciónen lo . LapM se comparafavorablemente pueden se que rutinarias refiere al control dimensionalde los productos.Las tolerancias lograrson de t0.005 pulg (10.13mm)'

operación. de PM. Éstasincluyen: l) alto con el procesamiento asociadas Hay limitacionesy desventajas 2) altocosto áe los polvos metálicos,3) clificultadeser costo del equipo y clelas herramientas, del metal a travésdel tie y manejode polvosmetálicos(talescomo degraclación almacenamiento en la firrtnaclelas pttrtes,deb po y riesgosde incendiodel metal en polvo fino), 4) limitaciones lateralclenlrttdel dadodura¡rleel pr' a que los polvosmetálicosno fluyen fácilmenteen dirección del daclodespuésdel prensa' sado,y las toleranciasdebenpermitir que la partepuedaexpulsarse parte puedenser tln problema,esl y 5) las variacionesen la densidaddel materiala travésde la cialmentepara partesde geometríacompleja' (22 kg), la rttityoríade los colllpoAunque se puedenproclucirpartesgrancleshastade 50 lb típica tle esl¿tsPartesse Inrl nenteshechospor pM son menorescle 5ll't (2.2 kg). LJnacoleccitlrr el tttaytl[trlnelilie clehierro,aceroy alunrinioc
395

Metalurgiade Polvos

F l c u R A 1 8 .I

U n a c ' l e c c i ó n cJeparteshechaspor

',' ¡ de D orstAm er ica'lnü.). de pol vos(cortesía

metal urgi a

I,

NotahistórtcaI8.I dePolvos lBI Matalurgia como porvosde metalescomo oro y cobre'así escretiemposantiguosse han usado D se usabanparadecorarpiezas decorativos. de rosóxidosmetáricoscon propósitos argurr_rs y cosméticos'Se creeque los egipciosusaban cjecerámica,como basede pinturas añosa'c' desdefechastan antiguascomo 3000 de porvosparahacerherramientas metarurgia un gran despertarse al de porvosdata der sigloxrx, de ra metarurgia Er campornoderrro u n w o l l a s t o nd e s a r r o l l ó at é c n i c a oe r f g r i , e i i n g r é sw i i l i a m i . r e r é s¡ r . r e r p r a t i n oA r r e c r e d d al a a r t ap r e s i ó ny c o c e r r o(ss i n t e r i z a r l o s ) p a r ar ) r e p a r apr. r v o sd e p r a t i n oc, o m p a c t a r r o s eomo ta| pn|vcc marcaa| pr|ncip|ode |n mpt¡li¡f*i' fJ6 rrli
con i' '"'Jll.l;;?,i::iljff:::. p,:"il:: unas unidos enEsrados i:H::j::':':i*s una mezcladeo$"t" de polvos Éi usaba h".l.,o, por metarurgiu autorubricante, r.rJanrientos sometíaaiJi y ']' petróreo,que r"riubu, calentaba finalmente y ro/ocre creestañopurverizacro la cavidadde un molde de dentro deseada forma la alta presiónparaelab<¡rar se habíanconvertido ctetsigtoxx, rasrámfarasincandescentes paralos lraciaros ¡rrimerosañc-rs : Se p'obuion una seriede materiales e' un ¡troductocomercialimp'rtJnte' t u n g s t e n o q u e e l c o n c r u y ó p e r o s e y osmio, ,¡anadio f i r a m e n t r )cso m oc a r b o n oc, i r c o n i o , p r o c e s aerl E. r p r o b r e m ae r a r a d i f i c u l t a d e f i r a m e n t o s p a r a e s t o s m a t e r i a r r n e i o r e r ae r p r o p i e d a d eúsn i c a sE l a m e r i c a n o y l os . a l r . ¡ r u n t ccl l ef u s i í r n a s u s t t r r r g s t . r rr.l e t l i c . a q u e h i z op o s i b l el a p r o d u c c i ódne f i l a m e n t o s w i l l i a ' c . . l i c J g ec l e s , r r . l l tui n p r . c e c l i r n i e r r t o

. - . -

. " ' " ' '

' ' o ! ' '

396

d e Po l v o s Capí t ulo18 / M eta l u rg i a

se usabapolvo fino de óxido<Je En esteprocedimiento paralámparasincandescentes. en piezascompactas'se prensaba se tungsteno(WO3)que se reducíaa polvo metálico, y finalmente sinterizaban se se ioriabaen calienteen barrasreclondas, presinterizaba, se El procesoCoolidge sigueusandtr se estirabanparaformaralambreparafilamentos. s e l a s b o m b i l l a sd e l u z i n c a n d e s c e n t e ' h o y p a r ap r o d u c i rl o s f i l a m e n t o d de carburocementado(wC-Co)mediante por los añosveintese fabricaronherramientas históricag.2\. Aparrtirde 1930se procluieron técnicasde metalurgiade porvos(véasenota e e n m a s a ,p a r t i c r r l a r m e net n . t r el g ó 0y l g 7 0s e p r o c l u i e r o n r o d a m i e n t oasu t o l u b r i c a n t eEs n se ochenta los de década la en Y la industriaautomotriz,engranesy otroscomponentes de porvosparamotoresde turbinaparaaviones' desarro¡aronpartesde metarurgia i

E NI N C E N I E R í A ripartículasfinas. En esla seccióllc¿tr¿tcte lJn polvosepuededefinir como un sóridodividido en revisión se aplica tanlbié¡ra la lttityot'íatle los zamoslos polvos metálicos.Sin embargonuestra polvos cerámicos.

18.1.1 Características Seométricas atribtltos:l) se puededefinir mediantelos sigtrientes La geometríade los polvosindividuales y 3) iirclr de litspartíctrlils i¡rtertta ión,2)fonnay estructr¡ra y su distribuc tamañode laspartículas superficial. sereflerea las clelaspartícttlas Tamañode las partículasy su distribución El tamaño dirnensión sola trna esesféricÍi, si la formaclela partícula de los polvosindividuales. dimensiones de variosntétodos Sedis¡rclne doso másclimensiones. paraotrasformas,senecesitan esadecuada. dc tlife¡'c¡ttcs rnétoclontítsctllttítlttlsacritras paraobtenerdatossobreel tamañoclelas partículas.El pol'pttlde abel'tttrits al tttil'nerrl pararef'erirse tamañosde malla. Se usael término númextrle nwlltt lineal' por ¡rulgacla qu. hay 200 aherttrras gadalineal de la criba.Un númeroclenralla200 signifi.o aberde total ltúlltero ambasclireccitlrles, Y el Como la malla es cuadrada,la cuentaes la mismaen ttn númeroalto de rtrallainrlic¿tlllenor tanraño turaspor pulg2es 2002= 40,000.En consecuencia,

de partícula. cleuna serie de cribas de tamañosproLas partículasse separanhaciéndolaspasara través sobre ttlla crib¿tde un cierto núnterode gresivamentemenoresde malla. Los polvos se colocan c¡uecabellell tas aberttlrascaigaltit la malla y éstase hacevibrar paraque las partículaspequeñas t¡ttc lits cle ln¿tlterit y así stlcesivalllellte, siguientecriba. La segunclacriba se vacía en la tercera a un cierlo lalltañotle polvtl pttecleclesigrtar partículasse seleccionencleacuercloa su tamaño.se la nralla2(x),pero tlo por l¿r230' l)aritsittr230 por 200, indicandoque los polvos han pasaclopor parit partículaes 200. El procetlirrtiento plificar la especificación,decimosque el tamaño cle la seleccionarlos polvospor su tamañose llama ¡lusifir'uciótt' núrneroclelnalla debicloitl espeLas aberturasen la criba son menoresque el recíprocodel qtte la tlinleltsitinlinriSuponienclo sor del alambreen la criba,como se ilustraen la figura 18.2. tantede la partículaes igual a la aberturade la criba, tenemos " -'P S

-

I

M('

-

-I ."

( t r {r.)

por ptrlg lineal' Y /,, = = clelnalla,¿ttrerturas dondepS = tamañode partícula,pulg; MC núrnrero los ta¡nañosconltlnesclelnall¿ten la lncgruesodel alambrede la malla,prtg.-soureel rangode

de los polvosen ingeniería Secciórr18.1 lCaracterización

Tamañode partículaque no pasa a travésde la malla

397

Tamaño de partículaque sí pasa a través de la malla

t."-"-ll-,"t-l

I

l<_--

t

I M C

1 S . 2 M a l l ac l ec r i b ap a r as e l e c c i o nt a rm a ñ odse p a r t í c u l a ' FICURA precedenteestádadapor: talurgiaclep.lvos, ,,¿l apr,xirn'ció' cercanade la relación

PS:

0.6 MC

(18.2)

de las aberturas,mientras La f igura muestracórno pasaríanlas partículaspequeñasa través la selecciónde tamañosde en retenidas.Las variacionesque ocurren que las gra.des se queclarían de las partículas,al rango de tapartículaslnediantecribado se debena las diferenciasen la forma de tamañosde las aberturasdenmaños entre los númerossucesivosde malla y a las variaciones de cribadotieneun límite prácticosuperiorde tr' cle,' ,ti'rel.o cladode rnalla.Además,el méto<Jo debidoa Ia dificultadde hacermallastan finas y ala aglomeración MC =400 (aproxinradarnente) de las partículasson por microscopía de los polv's tan finos. otros métodosparamedir el tamaño y técnicasde raYosx. los polvosmetálicospuedecaForma de las partículas y estructura interna La forma de variacionestantoen la forma ta¡rgarseen variostipos,algunosse ilustranen la figura 18.3.Existen y útil de medir de unacolecciílnclepolvoscon-roen sustalnaños.Una forma simple rlc l¿rs¡'rr.lícul¿rs y mínima de una partículadada'La la frrnrn es la relaciónclelaspecto,eitre la dimensiónmáxima para un granoacicularpuedeser2 o 4' reraciri' der aspectoparauna partícuraesféricaes 1.0,pero de la forma' Se requierentécnicasmicroscópicasparadeterminarlas características Éstosse llaman partículas. las entre poros Cualquiervolunlen cle polvos sueltoscontiene a las partículasináividuales.Los poros abiertosson espacios ltotr)sttbiert,s,porqueson externos o un metal fundido.Ademáshay crentrode los cuarespuedepenetrarun fluido como agua,aceite en la estructurade una partículaindividual'La existencia ,ot.os cerrudrs,que son vacíosinternos f : l G t t R A 1 t l .i

perlvos' V ¿ r r i a sf 1 ¡ r m a s¡ r 6 s i $ l e s( i < l e a l e sd)e ¡ r a r t í c u l ae n m e l a f u r g i ar J e

o E sférica

ffi

Acicular

( J E W ^'.

.---

Redondeada

Cilíndrica

¿-, EsPoniosa

&fl@ Hojuela

Cúbica

Agregada

398

c l ep o l v o s Capí t ulo1B/ M e ta l u rg i a

ctlantltlexistett,soll rnellol'es;no de estosporos internosgeneralmentees mínima, y sus et'ectos, conto verelnos¡rosteriortnente' obstantepuedeninfluenciarlas mediclasclela clensiclad, seaulla esf'eraperf'ecta,su ítrea Área superficial Suponiendoque la forma de la partícula A y su volumen V estándadosPor: A:rDz (18.3) tf l -- -

nD3 /

t)

¡t tlc iircit¿¡voltttlte dondeD = diámetrode la partículaesférica,pulg (nrrn).l-¿trel¿rcitirt AIV parauna esferase cleterminaentoncespor: A 6

v: t) paracttalquierfbrma En general,la relaciónde áreaa volumenpuedeexpresarse de partícula,esféricao no esféricacomo sigue: AT) K, A ___: o ffr: -_ V D V

1ltt.4)

(t n . 5 )

( ltt.6)

d o n d eK r = f a c t o r d e f o r m a ; y D e n e l c a s o g e n e r a= lc l i á m e t r o c l e u l t ¿ t c s t ' e ¡ ' ¿ t o v o l t l l t t e l t e t ¡ t t i v a l e P¿traltrrlllas de = est-el'¿t. al de una partículano esférica,pulg (mm). Enfo.ncesK, 6.0 par':rulla a la esférica,K,> 6' partículacliferentes tlc Plrtíctll¿r )' I'ltctot'cs se puedeint'erirlo siguiente.A tantitñosrltcrlorL:s De estasecuaciones total de polvo ltletiilide forma más altos(rKr)el áreasuperficialserámás alta parael nlismo peso nráspequeñotlel El tamaño co. Esto significauna mayor áreadondepuedeocurrir la oxiclación. para ltl ctlal es rllladesvetttitja clelas ¡rartículas, polvo tambiénconducea una mayor aglomeración rnáspequeñosde partícttlas la alimentaciónautomáticade los polvos. La razónpara usar t¿tnraños mecánicasen los proes que suministranuna contracciónmás uniforme y mejorespropiedades ductosfinalesde la PM.

1 8 . 1 . 2 Otras características tle c¿lr¿tclel'ísticas de los polvos de ingenieríaincluyenfriccirirtinter¡larticrtlar, Otrascaracterísticas composiciónquínricay pelíctrlassuperficiales. porosidacl, flujo, compactado,clensidad, partícttlas¿tf-ecta Fricción interparticular y característicasde fluio La fl'iccióttetrtrelas metliclaconlún de l¿t la disposicióndel polvo a fluir fácilmentey a compactarsefirmemelrte.Una tlll nrtlnttillde polvtl fricción interparticulares el ángulode reposo,el cual es el ángulofbntladopor la figtrra lli.'I. l'os cuandoéste se vacíaa travésde un embudoangosto,tal como se tlruestritell partícttlarnás peángulosmás grandesindican mayor fricción entre partículas.Los tamañoscle [-as ftrmr¿rs reposO. tle queñosgeneralmentemuestranmayor fricción y un aumentoen el ángulo sc de l¿tfix'lttitcsféric¿t. esféricasproducenla menor fricción interparticular,por(lueitl tlcs'¡iitl'se incrementala friccióttentrc las ¡rartíctrl¿ts' t lse l ' l u . j 9s o r ri l r r ¡ x l ¡ ' l l l r t ct lsu r i u l l cc l l l e l l i ¡ t k r l c l t l l t t l oy c l ¡ r r c r r s ¿ r tll:tl¡ . l - a sc a r a c t e r í s l i c a preltsado, llenadoautomáticodel daclodependede un f'lqo fácil y collsistelttede los polvos.Elt el gratlientes estos la resistenciaa fluir incrementalas variacionesde densidatlen l¿tpartecotllpaclatla; Una mediclacclmúndel fluio es el tiemporequeridopara indeseables. de densidadson generalmente I-os que una cierta cantidadde polvo (en peso)fluya a travésde un enthtldode faln¿tñoestánd¿tr. P¿tr¿¡ tiemposmenoresde flujo inclicanmayor f'acilidaclcle flujo y nlenor li'iccitill interparticttl¿tr. se añaden fl'ecttelrtenteltte el ¡ll'ellsado, reducir la fricción interparticulary facilitarel f'lujoclur¿urte a los polvos. de lubricantes cantidades pequeñas tlc tlos tlc¡lcttdell de cottt¡ritcltttlo l'ísticus Compactado,densidady porosidad l-ascar¿rcte tlcl vcl'tl¿ttlcl'o (pte vtllttltlcll tlel es l¿ttlcltsicl¿rd Pril¡ero, la densicludrcul, medidascle clensi¿¿rd.

metálicos

de polvos Secciíln 18.2 lProducción

399

Embudo

Montón de Polvo

rel)oso 1 A r r t t r l l ot l e

FIC U R A18.4 Fri cci óni nter par t ic. ular de un inJi.u¿u por el ángulode repo.so un desde rnontónie Polvovaciado enllrutloatlgosto.A mayttráttgulo' i l rter¡rarti < : t t lar ' nl ,ry()rfri < ' < ' i í¡rr

fundieranen una masa sólitla' der material si los polvos se crensidad ra ser poclría Ésta nrateriar. densidadde los polvos la dettsí¿laivoluntétricaes la s.gundo, t. +. tabla la en da' partículas' c'yos 'ar,res se efecto de los poros entre las cle vaciadá;éste incluye el después suelto estad. er e' densidadreal' vorrmétricaes menor que la real' Los De'ia. a r.s poros.la dlrsicracl vorumétricadividida entrela densidad densidad la es dc ent¡taquetamiettr¿r b.r.rttt,ror. y 0'7' El factor de empaquetamiento suertosnuct¡an entre 0.5 porvos los para Si estánpretípicos var.res la partícula'

de y creraaistriuucig"1" t::-l:*uoos crela parrícura de los trcra t,,rn.,a rrc¡.rc'trc entrelos intersticios se ajustarán finos más porvos lls sentespolvoscrevariostarnaños, asíun factorde empaquepor el aire,resultando tomados ,., podri^n man"ru otra gra'.es. quecle vibrandolos polvos'lo cualocasiona tarnbién puedeaumenta.se cornpactacro Er art'. ,lírs t¿r'icrrr. quela presiónexternaqueseapliobservar por úrtirno,debemos finnerrr.nt.. ,,rás qre seasie.ten de los polvosa través granmedidaet .mpuquetamiento en incrementa ca drranteracornpactación,

¿.1***ilJr['fi'ffi::::"1l'tr

decomtascaracterísticas üii*]ltr*utiuo paraconsiderar de los poros(espacios

como laielación del volumen u. porvo.r.,u¡trr.rsictattsedefine cre ¡ractaciti, al volumentotal' En principio' vacíos)en el polvo, con respecto

Ptlrosictacl+factordeempaquetamiento=1.0(18.7 si en algunasde las partículas' existenciacreporoscerrados posibre ra por cornplica Esteasrrto se entoncesla ecuaciónes exacta' p,rr,r,se i'cruy"n "n ra iorosidad, cr vrr.rrrcrrirrrcr.rr.dc esr., clelpolvo no sería superficiares . La caracterización perícuras y química cornposición Los polvos metálicosse clasiflcan de su .unrp.r"i.iónquínrica. i,rc,itificaciti' ,,,,a si, dondecadapartícucrrr¡rrctu " qre consistenen un nretarpuro 111":::len significa esr, en la PM rnás corro erernenrares, ros metalesque se usancomúnmente y clases estas ra es ,na aleación.Revisaremos

a lagranárea debiclo clete.id¿u;;:1ilil'ü.Jii,i,1;t:|."unprobrema depolvo-s enrametarurgia óxLlor' lncluycn porvos.r-usflosiulespelfculas trata-c-on se cuando metal debenremotle pesocler. p'r urridacl po' lo g"ne'al'estaspelículas isl' y lrur'ed¿rd .rgírric.s ^trsrlrbitlos síricc.,ratcriurcs fortna' verse atltcs tle proces¿trl'a

N 1 8 . 2 P N O D U C C I O ffiErALlcos

tle,p"l"-'l:.'ll::'1::.:,::,il:1"ffiIilfiTJililfl::,1]il1lu losltotlttctorcs l:rrgcrrcritl. rcvi¡ión rcvi¡ió

In ñ1il::;,'i.,"Jil;:iltrift::ll';;:ffi'ffi: separar $ii'ili,',li.,ii,lXllJ::':: l,il ;;,";"*es'apropia'to il::'l,".."ffi:.: ,.l,..lillJ,l-ill :: lll ,,"jll,ll'::];liil: In ...i¡t¡rrr¡clr^r fnnto es apropiattoseparar

400

de polvos Capí t ulo1B/ M e ta l u rg i a

protlttclosil parde la producciónclepolvos (estasección)clc los procesoscluesc us¿lllpara ltacer tir de la PM (últimassecciones). prácticamente cualquiermetal pueclereducirsea la fbrnraclepolvo. Flaytres nrétodosprincide palespara producircomeicialmentepolvos metálicos,caclauno clelt'rscttalesirnplicac.onstlnlo 2) l) aton'¡ización, ánergíapuiu incrementarel área superficialclel metal. Los métoclosson [9]: de tamaño el para reducir se usanmétodosnrecánicos químicosy 3) electrolíticos.Ocasionalmente con la produccióntle ¡rtllvos más comútnmente asocian los polvos; sin embargo,estosmétodosse cerámicosque trataremosen el capítulo l9'

18 , 2 . 1 Atomización La atomizaciónimplica la conversiónde un metal fundido en tl¡la nttbede pequeñasgotasque se solidificanformandopolvos.Es el métodomás versátily popularparaprocltrcirpolvosrnetálicosen la actualidad,y aplicablea casi todoslos metales,aleacioneso metalesptlros.[{ay lttttchasnraneras de crearel rocío de metalfundido,variascleellasse ilustranen la figtrra 18.5.Dos nlétodosse basan (ilirc o g¿ts en la atontizaciónt.ongd.r,en los cualesse utilizauna crlrrienleclcgasa ¿tltitvelocid¿ttl tlc ttll¿tlroqtriinerte)para atomizarel metal líquiclo.En la parte(a) de la figura el gasl'luyea tr¿tvés (lue y rtlciiirldoltlelt debajtl encrtetrtra se el metal líc¡uidode la fusión lla de expansión,succionanclo (ltle se ttluestr¿t un recipiente.Las gotitasse solidificanen forma de polvo. Ert urt nlétoclopareciclo ( ¿ ) ( l l ) c l o sl l t i r t t ¡ t l o st l t r F I C U R A 1 8 . 5 V a r i o s m é t o c l o sc l e a t o m i z a c i ó n p a r a g r r o r l u c ' il r. x l l v o sn t e t á l i c o s : y ( c ) e a t o n r i z a c i ó nc e r r t r i f u g .¡rr r i r l n l é t r l t l t ld e c l i s c og , i r a t o r i o . a t o m i z a c i ó n p o r g a s ; ( c ) a t o m i z a c i ó nc o n a g u a y

Metalfun dido

Cámara de recolección

Boquilla

Rociado

I

Gas

casffi

Cámarade recolección

Sifón Polvosde metal

Polvosde metal

Metalfundido (b)

Metal fundido

,771\.'\.

Chorrode agua

¿'t'/ ./ i \ r ..'¡

Polvos _ de metal

o t " ' I

Agua Polvos de metal (c)

Cámarade __ recolección

Disco giratorio

'\+_/ / ¡ 7 1 \

(d)

Flechamolriz

de polvosmetálicos Sección1s.2lProducción

401

por y se atomiza inmecliatanrente fluye a través de una boquilla en ra parte (b), el rnetarfundiclo debajo' cámarasituada resultantesse recolectanen una chorrosde aire. Los polvos metálicos una corrien(c) es sim'ar al (b), exceptoque se utiliza E,lrnétocrocluese 'ustra en la parte p,oJ'oguo:.::^el más de aire..Éstese conocecomo aiomizatlo lugar en velociclad arta a agua deste cre apropiadopara metaldsque funden zado,,particularmente más es común de los métocrosde atoml "c). El enfriamientoes más rápido y la forma del polvo resultante (r600 2900.F cle pués la superficiede las partícude usar agua., ü oxidaciónen irregularc¡ueesférica.La desventaja para reducir la oxidación' En ¿rceitesintétilo en lugar de agua r¿rs.una recie,'tei'.ovacií1. usÍr en gran parte el tamaño,t" lor partículasse controla agua, o ¿rire co' atomizacro tle arnbosprocesos estáerr relación inversacon la crefluido; el tamañode partíc;ra prr. la vcrocidacrde ra corrie'te

rotavefocitlatli,,, una":ir]."^1.ii:_Tif"i:*r"i:r c'ett,'ífugo. ott¡tttizudo er e. basa, se ,,.,étu.ros de metallíquidoen un disco la figura,dondese vacíauna corriente tori.. ,r.str.¿*r,e' ra parte(cl)cre pulverizándolo' y.¡,',c,:,"íttcl liretalen t'das direcciones t¡uc:gilir t'ii¡ritlittttc''tc

de producción 8.2.2 Otrosmétoclcls de polvos se incluyen varios E'rre .tros nlétocroscle protlucción

procesosde reclucciónquímica'

roscomrnétotros quereducen químicas dereacciones i:;:::l:',',^;',:;,1,;'::X#lli;. unaserie proce'o to*ún consisteen la liberaciónde un elementares. puest.s ,letírlicosa porvosmetálicos .:*1hidrógeno o monóxido el uro á, agentei reductoret *rs r'etales clesus óxiclosmediante oxígenodel compuestoy liberar produceparacombinarlocon el se recluctor age'te El y de cobre'otro rle carbo'o. polvosde hierro,de tungsteno producen por se nrétodo este el ererre.t. ,retírrico, de hierro para del pentacarbonilo hierro implica la descomposición cle polvos para quí'rico proceso se ilustranen porvosproducidospor estemétodo pt)reza.Los arta de esféricas procrucirpartículas incluyenla precipitaciónde elemenrg.6. otros pro..ro, quíÁicos figura la de foro'ricrografía la de de hierro;lostamaños pentacarbonilo qo.:descomposición.de chemicals División Corporation' ,ctJRA 1t].6 porv.screhierroprocrucido, ¿á cnr (0.25a 3.0l,*itr"u' cortesía rrero a r zs ¡r¡rurg rrrafrtrt.tti¡rr ¡r,rrrí< t l t ' l l t ¿ r t t ' r i a l t ' sa v a t r z a r l < t s ) '

40 2

1B/ M et a l u rg idae p o l v o s Ca¡ r í t t r lo y cobalto se pueden proen agua. Los polvos de cobre, níquel tos metáricosde su salescrisueltas

nlétoclo' lor estenlet()(|0. ducir por en la cual la fuentedel metala pulverizar se preparauna celdaelectrolítica erectt.órisis ra En c a a través trnvés semueve apricado'

., ., ,Íl.i:111ií,:t:::",ff:'1. ffi;il;; :T:¿:ffi,,|,';'I'il,";ril;,

[[j',:illliJ;'J

dervortaje raacción r^.,^ r, ¡6

a^. .obteniéndose .htcniéndose U n un sererira,selavav seoseca, Ercrepósiro ; cárodo. ^^r.,^o .lo herilin cohre- hierro' higrro.

deberilio'cobre' polvos seusaparaobtener ffil]T:rr. ur,' réc,rica

i ot i t a n i o ' p l a t a t, ¿ r n t a l Y

C O N V E N C I O N AYL S I N T E R I Z A D O 1 8 . 3 PRENSADO rnetálicos'-ll,:::t::::: clepolvos clela proclucciórt Después enlacual ::1":5i::l"i:*.T¿:',"#ilii; 2)compactación' delospolvos, y mezclacto .|,'.'l|.'|f|,ffirl'",1*.on,birracií'r fiTi["||!,J,: 'l^' r¡ ?\ cinterizndo- oue implica calentamiento a

il'ilHiilffliJ,l'JI*i#üi;r"i'":t*:::::l:,:':":1Í11"¿:::'ily;:; :T:[:: enestado delaspartícuras raunión p.ouocar pu,u derusión ::Í';ffi:,:li:,i$.I.,.]:ff1fi'J,'iun,o :ff,[';t':i?:;il,#',il;l"* S0ll(I() Y sl l('r t(rl

operacomooperacomo ^.,o ol.,rrnac veces sg aluden sealuden veces queargunas trespasós Esros ru"pu,tr. se también .^¿rñño- lo fiorrrn I R 7^ En ocasiones

"::',:: urgi' { n9r spritnttriitsclelanretal cione ional. i ncrementarla 1:i :t^ "'1r"' T;|lrl"H: di precisión ra:::iJ'i,l a destinadasmejorar :j:Hl

ü::il;";;;J;;,

tiensitlad)' pal'¿totrtls propósitos'

de polvos 1 8 . 3 . 1 M e z c l a c l oy c o l l b i r r a c i ó n

los polvosmetálicosnecesitan y el sinterizado, en la compactación para lograrbre.os resultacros y combinaciónseusanen antesdel proceso.Los términosmezclado perfectarnente honrogeneiz.arse química'pero composición a l¿rmezclade polvosde la misma refiere tttc:.ludrse ul corrrexro. este ala mezclade polvos de partícula.La t:ombínacíónse refiere tamaños diferentes C.rr posiblemente de combinar de estatecnologíaes la oportunidad co.rp.sición quínrica.una ventaja crecriferente (1)mezclado' depolvos: enmetarurgia creprocrucción corvercionar Fr'[_r*ArB.z s.r.uercia m p a r t í c u l a s ' i e n t r a sq u e e n l a s r a c o n d i c i ó nd e (a) se muestra on ; ( 2 ) c . . r ¡ r . r r t a r r ,y ( J ) s i r t e r i z ¿ r r r e tll)seIltttt'Stra|tIastl¡rtlra<:icltresylaparter|ttrantelasect¡encia'

(a )

Punzón superior

I'

Dado -->

Punzón inlerior

I, (1)

(2)

(3)

Sección I g.¡ / Prensadoconvencionaly sinterizado

403

3D (a)

(b)

(c)

(d)

( a ) t a m b o r r o t a t o r i o ,( b ) d o b l e c o n o r o t a t o r i o ' F l c l t R A 1 B . s V a r i o sd i s p o s i t i v o sc l em e z c l a d oy c o m b i n a c i ó n : , ( c ) n r e z rl a r k r rr l e t o r n i l l o y ( d ) m e z c l a d o rd e p a l e t a s .

La distinción que seríadifícil o imposibleproducirpor otrosmedios' var.i.s'rctalesen aleaciones industrial no siemprees precisaen la práctica y cornbinación elltrerlrezclado se ilusAlgunasalternativas y la combinaciónse realizanpormediosmecánicos. El nrezclaclo de cono (b) por rotaciónen un recipiente errraf-igurarg,g,éstasson:(a) por rotaciónen tambor, tr.arr paletas' de mezclador un en de tornilloy (d) por agitación ¿oble,(c) por agitaciónen un mezcrador se resultados mejores puede sospechar.Los E. estosclispositivoshay más ciencia de la que sá con Los recipientesse diseñangeneralmente obtienencuandose llenan entre un20Toy un 407o. libre duranteel mezcladode polvos de difebafles internosu otras fonnas para imp.ái, lu caída de los diferentes la velocidadde asentamiento rentestar'años,debicloa que .n lu, variacionesen lo contrariode lo que se buscacon el ntezclado'No es precisamente tarnañ.sge.erasegregación, ya que estotambiénproducesegregación' corve'ie'te que los polvosse sometana vibración, polvos metálicosduranteel pasode mezGeneralmentese añaclenotros ingredientesa los comoel estearatode zinc y el aluminioen clado o conrbinación.Estosaditivos,on' I ) lubricantes, paredesdel dado durante para reducirla fricción entre las partículasy en las c¿rnticlacles pet¡ueñas adeunaresistencia lograr serequierenen alguttoscasospara 2) uglttritrcilttes,que Ia cornpactaciólr; aglomeración inhibenla p.ro no sinterizadasr Y Táe.sfloculantes,que elr laspartesprerrsaclas ctracla la alimentación' durante de flujo ,,,. características tlc l.s ¡rolvttspitritrrreitrr,,,

18 . 3. 2

C o n r P a c t ai ócn requerida'E'l método se aplicaalta presióna los polvosparadarlesla forma En la conlpactaci(xr el polvo conaprietan opuestos cual punzones conve'ci..al ¿e c'rnpactaciónes il ¡r,'r,,rodo,eÁel A la parte l8'9' en la figura se muestratt tenidoc,,. tla¿o.Los pasose' el ciclo cleprensado r,r','riu,eltérmino verde significaque la parte no está se le llanr¿rt'ont¡tcrcto cle ¡lrerrsacla clespués la densidadde la parte,llamadadensidad conro resultadodel prensado, rrteprocesacla. c.rrrpletanre verclede la parte inicial, l.a resi'slencia wlurnétric¿r ,t,t.tl(.cs,ruclr. rrrírsgruntlcquc l.. dcrrsiclrcl despuésdel logra se que la que parrael 'anejo, peromuchomenor es adecuacra .s¿lrl¿r cua'¿, es r)r.e sillterizaclo' ^ ^ ^ A ^ de A a los procluceinicialmenteun reempacado t,a presiónqre se aplica en la compactación reduce'el eliminalos puentesque se formanduranteel llenado' ¡rolvrse',, arreglonráseficiente, Al increpartículas' el númerode puntosde contactoentrelas cspaci, ¿e los porose incrernenta que el6reade contacto ocasionando plásticamente, se cleforman la ¡rresión,las partícuras nrentarse de una acompañado viene Esto irrter'^rticulararrnentey entrenen contactopaitícutasadicionales. parapar' l8'10 figura puro.. La progresiónse ilustraen la r.etftrcciír¡r ¡r.steri6rclelvolunrenclelos paralas asociada,representada tíctrlasiniciillcsrle f'orlnaesférica.Tambiénse muestrala densidad ' tresvistascotltottnaftlllci(llltlc la presiónaplicacla'

'á, f

$ 404

r

( - a ¡ r í t u l o1 B / M e t a l t r r g i ad e ¡ r o l v t t s

l"

Punzón s u p e ri o r Polvos Alimentador {4

-T l"'' l'.' T

V

7,

.//

// /

, Pu n z ó n-inferior

(1)

t, 1,., (3)

(2)

t" (4)

métocloconvencionalcje conrpactaciónde polvos metálicosen metaltlrgia FICURA l B.t prensaclcl, l o l c l ec o n p o l v o s ,p o r a l i m e n t a c i ó na u t o m á t i c ae n f a c l e ¡ r g l y . , s(: 1 ) l l e ¡ a r l o c l e l a c a v i c l a ccl J e m ( 3 ) f i n a l c l e l o s p u n z o n e sd u r a n t el a c o m p a c t a c i ó ny ( 4 ) r e m o c i ó n ¡ r r ' c f u c t i r i ¡ te; ) p o s i c i < i ni n i c i a l , cfe la ¡rarter.

Realdensidad (3) .(f (g E

'-a c o

5O"/"

o

(1)

(2 )

(3) Presiónde comPactación

(a) ( 1 ) p o l v o s s u e l t o si n i c i a l e s o e .l a ¡ r r e r s i óar rp l i c a c { ac l u r a n t el a c o n t p a c t a c i ó n : F l ( , l , R A l t | . r o ( . r )E f e c . t d (b) densidadde los polvos y partículas; las (.)) de (2) cleformación y reern¡racarlo r¡,1 llerarl., r¡,s1-rLrtis l e l o s p a s o s( 1 ) , ( 2 ) y ( 3 ) d e l a f i g t l r a1 B ' 9 ' r l a ¡ r r e s i ó r rl .- a s e , c u e rira c o r r e s ¡ r o n c a e . f t r r r r . i < ri rl e

en la metalurgiade polvosson mecáconvencional Las prensasusadasen la conrpactación clelasdos.En la figura l8.l I se muestraulla unidadhidráuo unaconrbin¿rcitin hidrírulicas rric¿rs. a los requerimientos de las partesasociadas en la cornpteiiclart lica rle 50 tslr. Detricloa clifererrcias cleacción coll etl unadirección, prens¿ls en | ) prerrsado clasil'ic¿rr sc ¡ruedcn l¡s l)r-cnsirs rlc pr-crrs¡rlo. las de punzop 2) ¡rr-crrs¡tlo con prensasclevaritlstipos,irrcluyentltl cn tlos rlirc-cciorres. sirrr¡rlc: La fecnologíade las prensascoltrúnlnente (lc tloblc acci
hill.:.fv'fr5rf}írtis'r.l**i.+sy,-.,.

-,,.,

y sinterizado convenciona) Sección18.3 lPrensado

405

de componentesde cle !r0 tott para <-ompactación f lGL,RA l{}. | 1 f)rellsahirlr¿iulica m ú l t i p l e sp a r a t i e n e - i ot o p t t i t l a c l . c l ea c t u a re n n i v e l e s ' r e t a l t r r ¡ 1 iral e ¡ r . l v ' s . E s t . rp r e ' t t s a de Dorst (foto cortesía de polvos' cle formas conr¡llejasen rnetalurgia ¡rroclucirpiezas A n r e r i c a l,t r < . ) .

para producirpartesde control separadas surriristr.arhastadiez accio'es de dispo'ibres¡ruecre de diseño de laspartesy otrosaspectos la complejidacl E,xa*irrarenros corrrpreja l4l. lrasta'te f.r'a ett la t|,:t::l],,:i.Ílu o kN o en tonelaclns' genernltrtetrte crr PM se cl¿r .,. un¿rpr.ensir t)'r.i.rprortucci(rn plarro el en (área parte trel áreaproyectadade la r.equerirra ¡lar-aer f,:.,.,rodncrepencle polvos los MN. La f-uerz,a paracompactar necesaria uertrcal)r,urti¡lri.o,rupor la presión h,riz..tal paraun¿rprerrsa delrlretaltlaclo.E^p'esu'''cloestoetrformacleecuación'

I; : ArP,

( r8,8)

de la parte'pulg2(mm2);! P'= presión lb (N); /\¡,=áreaproyectada tl.rtlc /; = luerznrequerida, típicas lb/pul92(MPa)' Las presiones polvo clackr, ¡rar. el r'ateriarclel ac c.rrr¡r^ctaciír'r.ec¡uerirla 000 y 100 tt/purg), (70 Mpa) para poluoscle alurninio crecr.rr'r.cr¿rcií'flucrúa' errre I'd i;¿;ó acero' lb/pulgr(7(X)I\4Pa)parapolvoselehierro)'

406

cle polvos 18 / Metalrtr¡1i'r C-a¡ríttrlo

1 8 . 3 . 3 S i n t e rzia d o !: se desmoronafácilmente fuerzay resistencia, de carece verde compactaclo el prensaclo, de Después tratamientotérmico que se ejecutasobreel ¿rlmenoresfuerzo.El sitúerizadoes una operaciónde de estamanerasu fuerzay resistenc'r'pactado paraunir suspartículasmetálicas,incrementando entre0.7 y 0.9 del putttode fusión a temperaturas cia. El tratamientose lleva a cabogeneralmente en estadosólído o sinterizadoenfase sóclelnretal(errla escalaabsoluta).El término sinterizaáo debidoa que el metal pernlanecesin se usa algnnasvecesparaestesinterizadoconvencional /i¿l¿r cleltratamiento' a la ternper¿ttttra I'urtclir de la fuerzabásicaque mueveal sinterizadoes la reducción Erro¡riniórrclelos investigadores, que distintas partículas consisteen muchas la energíasuperficial[5, lll. El compactadoverde del áreacontenidaen el compactadoesmuy total tiere, su pro¡riasuperficie,por tanto,la supe.ficie de las uniones del calor,el árease reducepor la formacióny crecimiento alra.Birj.,la irrl'lre'ncia seael polvo fino más Mientras estoimplicala reducciónde la energíasuperficial. entreraspartícurtrs, proceso' al mueve y más grandela fuerzaque inicial, más artaserála superficiedel áreatotal escalamicroscópicalos cambiosque ocuLa seriecledibt¡os en la figura ll.l2 muestraen El sinterizadoimplica transportede masapara rren cluranteel sinterizadode los"polvosmetálicos. que estoocuna Ln límitesde grano.Er principalmecanismopara crearroscuellosy transformarlos plástico.La contracciónocurreduranteel sintees la clifusiór;otro p'sible mecanismoes el flujo de los poros.Esto dependeen gran medidadela rizacrocorlo resultadode ra reduccióndel tamaño las de la pr"iión durantela compactación'cuando densicladclelcompactadoverde,y éstaa su vez prela contraccióngeneralmentees estrechamente, conclicionesclel procesamientose controlan clecible. produccionesmedianaso altas' pM involucrangeneralmente Dacl. que las aplicacionesde la .Jn dispositivosmecanizadospara el traslado la 'rayoría rle los hoinos clesinterizadose diseñan térmicoconsisteen tres pasosrealizados de las partescletrabajoduranteer proceso.El tratamiento y el en el cual se quemanlos lubricantes err tres c¿ir'arascleh.nros conti¡uos: l) precalentado, se ilustraenla figura 18.13'Las temperaEl tratamiento y 3) enfriaclo. sinterizaclo aglutirrante.2) dan en ratabla r8.l parametalesseleccionados' [rrrastí¡ricasy rostiemposde sinterizadose se controlala atmósferadel horno.Los propósitosde del sinterizarJo Err la prírcticarlróclerrra una atmósferareductora son: l) protegerde la oxidación,2)proporcionar co.tr.olatla la atrr'sl-er.'r y 4) ayudara la á¡ suministraruna atmósferacarburizadora para rerr.ver los óxidosexistentes, de los hornos Las atmósferas queseusanen el prensado. y aglutinantes r.e.rrció' de lrs lubricantes de hidró' disociado, en nitrógeno,de amoniaco co'I,'es s.': clegasinerte,basaclas de silltel.izado los como at vacíose usanparaciertosmetales e,' gas,aturar tir. us atmósferas ge'o y lrasatras y el ttrngsteno' acerosinoxiclables ( 1 ) l a u n i ó n d e l a s p a r t í c u l a s e i n i c i ae n l o s p u n t o sd e F I G U R A l B . l 2 s i n t e r i z a c la, e s c a l an r i c r g s c ó p i c a : (3) los poros entre Jaspartículas (2) r.s pu'tos crecontacto crecen para convertirseen"cuellos", corrtac_t., cuelló' entre las padículas,en las regionesdonde habfa str t¡nr¡ir. y (4) se rlesarr.llanlímitesde grano r.,rltrcerr Límites de grano

Puntode

(1)

-

"f

lllil

ltl

(2)

(3)

(4)

!

y sinterizado convencional Sección15.3 lPrensado

4O7

Temperaturadel horno (líneasólida) Temperaturade la Parte (líneapunteada)

L

o o E q)

l

t

/Precalen-I i "'"1':;i-_/ tamiento :

F.

l

|

^,._^_ sinte-

i

Enfriamiento-->

rizado -->l¡__

nterizado Enfriamiento

... Deflector \ -*v

Bandacontinuade transPorte durantela oPeración

\ 1

)) / (b) y (b)secci óntransver sal térmi coduranteel si nteri zado F l c u R A i B.l i (a )c i c l o típ i code tratami ento e s c ¡u e n rá ticcl eau n h o rn oc o n t i nuocl esi nteri zado'

parapolvos típicasy tiemposde sinterizado TABLA1B.l Tenrperaturas d e m e ta l e ss e l e c c i o n a d o s .

de sinterizado Temperaturas M e ta l Latón Bronce Cobre Hierrct A r . e r oi n o x i t l a b l e -l'u tr¡;,stt'tttt

OF

1600 1500 1600 2000 2200 4200

OC

(B s0) (820) (8s0) ( 11 0 0 ) ( 1200) (2300)

T i e m p o( m i n ) 25 15 25 30 45 480

R e c o p i l a ddae [r]ly 1 1 2 l r.

18.3.4 Operacionesecundarias son varias,incluyendola densificación'el dimenLas fu'cio'es cle las operacionessecunclarias térmicoy el acabado' la infiltración,el tratamiento sionalnie¡to,la ilnpregnación, se ejecutan operacionessecundarias Densificación y dimensionamiento Numerosas las partes en adicionales para lograr formas para aurnertarra trensidady mejorar ra precisión,o un dado en parte una operacióncleprensadoen la cual se aprietala si'terizadas.El reprertsadoes es la y meiorar las propiedadesfísicas. El dimensionantiento cerracftrpar.aaunre'tar la densicracl una puru mejorai su precisióndimensional'El acuñadoes cornpresió.¡e u'a parte sinteriz¿rcln parainrprinrirdetallesen su superficie' soblcuna partesillterizada operació'¿e 1-rr.crrs¿rdo

408

C a p í t u l o 1 B / M e t a l u r g i ad e P o l v o s

requieranun maquinadoposterior.Raravez seutiliza el maquinaAlgu.as partessinterizadas geométricasque no se clo para Jin.,.uiionarlas partes,más bien se usa para crear características lateralesy ttros puedenlograr por prensado,como son cuerdasinternaso externas,perforaciones detalles, inherentea la tecnología es una característica e infiltración La porosidad Inr¡rregnación especiales,llenandoel productos para crear de p.lvos.Éstase puedeaprovechar rle metali,,¡ria que tienenun puntode fusiónmás c s ¡ta c i orl i s ¡to rri b l ce l t l o s p o ros cql l acei te,pol ínteroso metales

lrajoque la lrasedel lnetalen polvo. de los es el ténninoqlle se usacuantlose introduceaceiteu otro fluido dentro I,t¡t,t,,qrtttc,irín rodamientos los son proceso este poros de ,'¿r l)arlesinÍerizatla.Loi productosrnáscomunesde autosimilaresde maquinaria.Los rodamientos y componentes cgn aceite,los engrames inrpregrra¿os se usan usualmentede bronceo hierro con l0 a307o de aceiteen volumen, fabricaclos lubricacios, serealizanmedianteinmersiónde laspartes arrpliar'e.re errla industriaautonlotriz.Los tratanrientos etl tllt bañode aceitecaliente' sinterizadÍrs de las partesde PM con un La ir(ilrruciótt es una operaciónen la cual se llenan los poros que el de la parte.El proce- fusión del metaltle rellenodebeser menor rnetaifundiclo.El^ punto r - - - - - - de de maneraquela sinterizado so implicacalentaiel ntetalde rellenoen contactocon el componente ^ | ^+1.,^ es -relativaresultante poros.La estructura acciónde capilaridadhagafluir al rellenodentroclelos . - - ^^ ¿ ^ - ^ ^ 2 A ^ . 1 ', más uniforme,así como una tenacidady rne.te no porosay la parte infiltradatiene una densidad J V

l ¡ l r v l r L f .


L¡v

vurrrar¡

de concobredelaspartes esla infiltración deesreproceso upiiru.ion -l^

ilffi;;,ilüil.t;;;

l^^

^^-1o¡

¡la

hierrosinterizaclo. de polvosmetálicospuedentratarse Tratamient' térmico y acabado Los componentes que o pintura)por la mayoríade las operaciones (electrodepositación nte y ternrinarse térnricame de trabajode metales.Los mismos se usane' ra partesfabricadaspor fundicióny otrosprocesos y hacer más resistenteslas partes' tratanrient.stérmicosse usan (capítulo8) para endurecer se debe tener cuidadocon algunosde estos Debido a la porosidatlde las partessinterizadas, paracalentarestaspartes. tratarnie.tos,por ejernplo,no debe' usarselos bañosde sales (capítuy recubrimiento de operaciones chapeado aplicara laspartessinterizadas Se pueclen quelas para evitar cuidado a la corrosión.se debetener y resistencia lo 33) con llnesde apariencia y la se usanla impregnación en los poros,frecuentemente solucionesquírnicasquedenatrapadas para partessinterizadasincluyencobre, infiltración para estepropósito.Los chapeadoscomunes zittcy cadmio. ct'otll('r. níc¡uel,

Y TECNICAS PRENSADO DE SINTERIZADO es la lnásutilizadnen la fecnologfado la lno' y sinterizado c.,r,ellci.'al dgr¡rrerrserdo L.' sccut-.ci¡r se analizanen estasección'Estos aclicionales paraprocesarnientos talurgiaclepolvos.Los métoclos combicompactación 'rétocloscae' e¡ trescategorías:l) nrétodosde compactaciónalternativa,2) clesinterizado. y 3) métodosaltertrativos Iraclay sirrterizado,

18 . 4 . 1 P r e n s a d oi s o s t á t ¡ c o Esto r¡.1 ¡rrerrsadocorrvencionales c¡ue la presiórr se aplica uniaxialmente' Il¡¡r c¿rrnctcr.ística fácil' fluyen no lnetálicos polvos lirrrit¡cie¡es sobre ln geonrerr'íacle la parte, ya qtte los irrr¡r.¡rre El prensadouniaxial produce tam' r¡ente e¡ clir.ccciórr ¡rerpencliculara la aplicaciórrde la presión.

*

'

1-rr¡flltrr*ü

rffitffi*l{pne'

¡-^ -,

Sección 18,4 lAlternativasde preparadoy técnicasde sinterizado

409

t-ü-,

Molde de hule

\-l l w

Carga (polvos)

(1)

) ;

(3)

F I CURA18. 14 p re n s a c ij soo s tá ti ceon frío :(1 )s ecol ocanl ospol vosen el mol defl exi bl e,(2)seapl i capresi ónhi d r ost át ica k-rs¡tolvos,y (3)se reducela presióny se retirala parte. sgbreel molclel)arac()nrÍ)actar

despuésdel prensado.En el prensadoisostótico, en la compactación, trié¡ variacio¡esde densiclad la presió¡ se aplica en todasdireccionescontralos polvos contenidosen un molde flexible, para se usala presiónhidráulica.El prensadoisostáticopuedehacersede dos forlograrla cornpactación nlas: l) prensadoisostáticofrío y 2) prensadoisostáticocaliente. PtF (en inglésCIP), es un compactadoque se realizaa tempeEl prensuc¡¡is6.státir:ofi'ío, paracomraturaarnbiente.El rrlolcle.hechode hule u otro materialelastómero,se sobredimensiona denmolde el contra presión hidrostática Se usaaguao aceiteparaejercerla pensarIa cclntracción. del procesoen prensadoisostáticofrío. Las tro clela cár¡ara.La figura 18.14ilustrala secuencia menoscostosasy mayor herramientas uniforme, más densidad una incluyen velrr¿jas¿el C-lP precisión dimensionalen el una buena lograr Es difícil a¡rlic¡ciixr¿rcorritlascortascleproducción. operaciones requieren se debicloa la flexibilitlacldel rnolcle.En consecuencia, isgst¿itico ¡'rr.crrs¡tlp anteso despuésdel sinterizado,paraobtenerlas dimensionesrequeridas. tle for.l¡a¿gt,'acabaclo isgstáticr¡r:aliente,PlC(en inglésHIP), se lleva a caboa alta presióny tempeEl ¡tyt'rr.rotlo ('onlo nledioclecompresiónun gasque puedeser argóno helio.El moldeque conratura.usanrlt.' El HIP realizaen un tie¡e los polvos se haceclelánlina de metal para resistiraltastemperaturas. proceso relativamente es un ventaja, esta aparente pesar de A y la sinterización. prensaclo pasoel Laspartes aeroespacial. industria en la actualmente parecenconcentrarse costosoy susaplicaciones interunión (porosidad a cero), cercana por su alta densidad de PM hechaspor I{lP se caracterizan mecánica. particularcotnpletay buenaresistellcia

1 8 . 4 . 2 Moldeo por irryecciórrde frolvos con la industriade los plásticos(sección15.6).Se El nrolcleopor inyecciónseasociaestrechamente la difepartesde polvosmetálicoso cerámicos, para formar proceso básico nrisrno puerleaplicarel particulada, típicamente de materia proporción re¡cia es que el polírneroinicial contieneuna alta de polvos,se usael términontoldeopor inyec' entreun 50 y,urr 857oen volumen.En rnetalurgia c'iónmcrálica,MIM. El procesonrásgenerales el moldeopor inyeccíónde polvos,MIP (en inglés En MIM, los pasosson los siguientes y cerárnicos. PIM), que incluyepolvosrnetálicos [6]:l) los granulares con la pelets apropiado;2) se fonnan se nlezclancon un aglomerante polvoslnet¿ilicos de moldeo,seinyectanen la cavidadde un molde ¿rla tenrperatura lnezcla,3) los peletssecalientalr mediante y la parteseerrliíay retiraclellnolclc,4) se procesala partepararemoverel aglomerante

410

Ca¡rítulo1B / Metalurgiacle polvos

za y 6) se ejecutanlas operaciones variastécnicastérmicaso por solvente;5) la parte se sinteri que se requieran' secundarias por inyeEciónde-polvos' El aglomeranteactúacomo un portadorde partículasen el moldeo propiasde flujo duranteel moldeo y sostenerlos polSus funcionesson aportarcaracterísticas tipos básicosde aglomerantesen PIM vos en la forma moldeadahastael sinterizado.Los cinco como el po2) los polímerostermoplásticos, son [6]: l) los polímerostermofijos,como fenólicos, Los tipos que se usancon mayor lietileno,3) el agua,4)los gelesy 5) los materialesinorgánicos. frecuenciason los Polímeros' formar partessimilaresa las del molEl rnrldeo por inyecciónde porvoses apropiadopara parapartesde simetríaaxial simple'ya deo por i'yección tle plásticos.su costono es-competitivo y el sinterizado'El PIM parecemás que c'' esrosc¿lsoses adecuadoel pre'sado convlncional valor.La contracciónque acompañaa la densieconómicoparapequeñaspartescomplejasde alto ficacióntturanteel sinterizadolimita la precisióndimensional'

18.4.3 Laminadode polvos,extrusióny foriado del formadode volumétricoscaracterísticos La laminación,la extrusióny el forjacloson procesos polvos. de contextode la metalurgia metares(capíturo2l). Los describiremosen este ['

en una operaciónde laminadopaLaminación de polvos Los polvospuedencomprimirse se disponecomúnmenteparaoperarde maneraconra formarmateriarmetilico en tiras.El proceso metálicossecompactanentre como semuestraen la figura 18.15.Los polvos ti.ua o semicontinua, se alimenta directamentea un horno de sintetizado' ttos rodill's para formar una tira verde que Despuésse enfría,se laminay se resinteriza' (secciónl'3'1)' En básicode manufactura Extrusiónde polvos La extrusiónes un proceso formasdiferentes.En el métodomás popular, ra extrusirinde porvos,er porvo inicial puedetener metálicahermética,se calientany se extruyen los p'lvrs se colocanal vacíoen una laia de lámina de prensadoconotra variante,se preformanlos tochospor un proceso .juntocrn el recipiente.En un alto grado alcanzan métodos se extruyenen caliente.Estos vencioral y sinterización,yclespués en los productosde PM' de densificación

ospolvosatravésderodillosconrpactadorespara F l c t r H , Ar f i . l 5 L a r r r i n a d o d e p o l v o s : ( 1 ) s e a l i m e n t a n l(4) resinterizado' (3) en frío y fornr;lrrrn¡ tira verdt', (2) sinterizado, laminado

Alimentación (polvos) Rodillos compactadores Hornode sinterización \ \

(

Molino laminador en frlo

Hornode resinterizado Tira terminada

I

\ =

Tlra verde

--r-|¡>

I

v

\ (1)

(2)

(3)

(4)

de polvos parametalurgia y productos sección1s.5lMateriales

411

(sección Forjado ¿e polvos El forjado es un procesoimportanteen el formado dé metal 1.3.1).En el for¡actode polvos, la parte inicial es una partede metalurgiade polvos preformada medianteprensadoy sinterizadoal tamañoapropiado.Las ventajasde estemétodoson: l) la denes másbajo y serequierenpocosgolpes sificacióllclela partede PM; 2) el costode las herranlientas dura¡te la forja (y por tantomayor velocidadde producción)ya que la parteinicial estápreforrnade material. da y 3) pocodesperdicio

1 8 . 4 . 4 C o m b i r r a c i ódne p r e n s a d oy s i n t e rzi a d o y el sinterizadoen un solo la compactación caliente(sección18.4.l) alc'anza E,lpre¡s¿cloisost¿itico por chispas. prensadocalientey el sinterizado Llaso.Otrastécnicasque conrbinanlos dospasossonel prensadocaliente La disposiciónde un procesode prensadocalienteuniaxiales muy siEl exceptoque el calor se aplicadurantela compactación. clepM cturvencional, nrilar al ¡rrensaclo venpesar de estas A y dimensionado. bien fuerte duro,denso, productoresultalrtees generalmente principalesprotajasel procesopresentaciertosproblemastécnicosque limitan su adopción.Los puedasoportarlas altas blemasson IlJ: l) la seleccióndel materialadecuadopara que el molde clesi¡terización,2) los largosciclos de producciónque se requierenpara realizarla ternperaturas en el proceso'El sinterizació¡y 3)el calentamientoy el mantenimientode un control atmosférico de carburo prensadocalienterienealgunasaplicacionesen la producciónde productossinterizados tllolclesclegrafito. usanclo y sinterizado,y Sinterizaclo por chispas Es una alternativaque combinael prensado el pasosbásicos superaalgunosclelos problémasdel prensadocaliente.El procesoconsisteen dos y los punzones 2) verdepreformadose colocanen un dado; I l. l2l: I ) los polvoso un compactado comprimenla parteaplicandounacorriente e inferigr.quetambiénsirvencomoelectrodos, su¡rerior de la superficiey sinteriza los eléctricade alraerrergíaque al mismo tiempoquema contaminantes se ha aplicadoa varios proceso los polvos.l,fpnna unapurt. densay sólidaen cercade l5 seg.El lnetales.

18 . 4 . 5 S i n t e rzi a d oe r rf a s el í q u i d a en estadosólido,en el cualel metalse El sinterizatl.co¡vencional(sección18.3.3)es un sinterizado por debajode su punto de fusión.En sistemasque involucranuna mezsiltterizaa un¿lternperatura de fusiónentrelos dosmecla ¿e d.s ¡r6lvesrnetálicos,clondeexisteuna diferenciade temperatura líquida.En esteprotales.se ,sa un tipo alternativode sinterizaci1n,llamadosinterizadoen fase lo suficientemente ceso.se mezclanlos dos polvosinicialesy luegose calientana una temperatura fundido moja peralta parafundir el metal áe más bajo punto de fusión,pero no el otro. El metal entrelos metales fectamentelas partículassólidas,creandoun estructuradensacon unionesfuertes por Un calentamientoprolongadopuedegenerarla aleaciónde los metales una vez soliclificados. líquido metal del la difusión o una clisolucióngraclualclelas partículassólidasen el metal líquido está En cualquiercaso,el productoresultante clelo.smetalesinvolucraclos. e' el sólido,clepencliendo sinterización (sin poros)y fuerte.Ejemplosde sistemasque involucran clensificaclo cor.pletarnente en faselíquiclasoll: Fe-Cu, W-Cu y Cu-Co [5]'

MENINLES

PARA Y PRODUCTOS

M E T A L U R CD I AE P O L V O S en nretalurgiatle polvOsson más costosasque para otros cl ¡rnrcc:sarnicnto [,¿rs,.,'rlcr-i.s¡¡.inrilspar.¿r para reclucirel metal a polvo' Por contrabai.s ¿e rretal. rleSicl
412

C a ¡ r í t u l ol B / M e t a l r r r g i ac l e¡ ; o l v o s

parala metalurgia secci(rnidentificaremoslos rnaterialesy productosque parecenmás apropiados clepolvos. r

18 . 5 . 1 M a t e r i a l epsa r al a m e t a l u r g idae p o l v o s y L)escleun pu¡to de vista quírnico. los polvos metálicosse puedenclasificar en elementales consistenen un metal puro y se usanen aplicacionesdondela Los polvoselenrcntal¿.s prealeados. propiedades alta purezaes in4rortante.por ejernplo,el hierropuro puedeusarsedondeimportansus y cobre. magnéticas.Los polvoselenlentalesmás comunesson de hierro,de aluminio de produciraleapara metálicos polvos otros con Los polvos elementalesse mezclantambién de herramientas Las ciores especialesque son difíciles de formular por métodosconvencionales. o diffciles que son ¿lceroson u' e¡emplo,la metalurgiade polvos permite combinaringredientes de aleación.El uso de mezclasde polvos elementales imposiblespor las técnicastradicionales especiales' parafornlaruna aleación,aun cuandono involucrealeaciones facilirael ¡rr.ocesanriento sedefortanto Por prealeados. Sierrcl'l.s ¡lolvgsr¡etalespuros,no sontanfuertescomo los metales altas más verde son ,'r¿rrrr¿isf¿icilr¡enteduranteel prensado,así que la densidady la resistencia prealeados. que los contpactarios cadapartículaes una aleaciónque tiene la composiciónquímica prealeado.s, polvos los En formularsemediantela mez' deseada.Los polvosprealeadosse usancuandola aleaciónno puede más el aceroinoxidablees un ejemploimportante.Los polvosprealeados cla clepolvoselementales, velocidad' cornunessorrciertasaleacionesde cobre,aceroinoxidabley acerode alta de tonelaje, Los pol'os elementalesy prealeadosde uso más común,en orden aproximado con grafitopara son: l) el hierro,co¡ muchoel rnetalmásusadoen PM, mezcladofrecuentemente aceroinoxidael 5) níquel, el hacerpartesde acero,2) el aluminio,3) el cobrey susaleaciones,4) de metalurgiade polvoscomo el tungsteno, , y 7) otrosmateriales ble. 6) el aceroclealtavelocidacl el nlolibdello.el titanio,el estañoy los metalespreciosos.

ae p o l v o s 1 8 . 5 . 2 P r o d u c t ods e l a m e t a l u r g i d netao casineüa' clela tecnologíade polvoses que las partessehacenen forma sust¿urcial l-a venta.ja Algunos polvos' de en metalurgia de procesarse p()co. nirrgúnforrnado,iilicionaldespués r.c,., ret¡uie ronrediantemetalurgiade polvossonengranes' manufacturaclos de l's corrporelrtescollrúlrrnente de cortey variaspartesde ma' contactoseléctricos,herramientas danrie'tos.catari'as,suietaclores, seadaptaparticularmente y rodamientos de engranes quiraria.I-a 'roducciónen grandescantidades en principalmente bien a la nretalurgiaclepolvospor dos razones:l) tienenuna geometríadefinida pocaso ningunaforma lateral);y dos climensionesllasuperficiesuperiortienecierta forma y hay de lubricantes.Mediantela me2) se necesiraporosidaden el maierialpara servir como depósito con geometríatridimensional, talurgiade polvostambiénse puedenhacerpartesmás complejas como maquinadopara completarla forma de las partespren' rperacionessecundarias añacliendo cierroslinearnientord. diseño,como los que se reseñanen la : ;;;;";:;,,ilrir".*r;J;t;on¿o sisuientesección.

ffiERACIoNES

D ED I S E N O

DEPOLVOS ENMETALURCIA apropiadoparaciertaclasede situaEl usocletécnicasclela metalurgiade polvoses generalmente donde definir las aplicaciones y diseñode partes.En estasecciónintentamos ciones.rle ¡rrorluctos para clasificación de sistema primeroun tle ¡rolvoses más apropiada.Presentarnos la nreralurgia com' los de el diseño sobre algunoslineamientos clepolvos,y luegoofrecernos partesclenreralurgia ponentes.

f-¡-.---.

de polvos de diseñoen metalurgia Sección15.6 lConsideraciones

F l-- --oirección- ---rl del prensado

|

t

F

'l*--i[?Jl,"J.;---*i'

I

Y I

(a)

413

(b)

(c)

ff ( d)

d e p o l v o s ( v i s t al a t e r a l ,l a s e c c i ó nt r a n s v e r s ael s F I G L , R Al g . l { , C u a t r oc l a s e sc l e p a r t e se n m e t a l u r g i a (b) clase ll' formas sinrplesq.-,",""puuclenpresionaren una dirección; cirr.rar): (a) r raser, formascrergaclas de espesor niveles (c) dos lll' clase ",",áo, direcciones; sir.'re,s,¡rr.r, r.írs gr.esas q,,e iequieren pre-sión direcciones' dos en presionados espesor cle niveles t,rrrl.s rlirecr.i,res; y (cl)clase_lV,nrúltiples ¡r,,,si,rrr.rrl,rs t r a v é sd e l a a a ¡ l r . p i a d a t l c l r s i f i t : a c i < i l l t t l l a 1 , , ¡ ¡ r " , . ( ( ) . ( ' ' l r ' l t , s s r , ¡ r . r r , r r l¡. rs. . , , ,, .. ,, , , i , r. ri v t . l . r f i l r ' < l c ( ( ) l l ' l l ) (tl a( ci t i t t .

c l ec l a s i f i c a c i ódne p a r t e s 18 . 6 . 1 S i s t e m a (MPIF) define cuatro clasesde diseñode partesde meLa Metal p.wcler InclustriesFederation E'l sistemaes útil al nivel de dificultaden el prensadoconvencional' tal,rgia clepolvos.atencliendo procequedebenhacerseen las formascuandoseusanlos porqueilrrlicaalgunaclelas lirnitaciones la fien ilustran se partes de polvos.Las cuatroclases sarrie.t's c()rve'ci.'ales clemetalurgiuie g u r a1 8 . 1 6 .

ae polvos en metalurgid 18 . 6 . 2 L i n e a m i e n t ol )sa r ae l c J i s e ñdoe p a r t e s aplicablesa la geometríade las algunoslineamientos El sister'ade clasificaciónMplF suministra en metalurgiade polvos'En los siguientes convencional a lastécnicasde prensado parres.a¡.rr.o'iarla de [2]' t9l y Íl2l' recopiladas clediseñoadicionales, lirrcarrierr.ssc-rfrece. sugerercias Se necesarias' especiales y lasherramientas rlatlcsde partesparajustificarel costodel equipo hay excepciones' ilrínirnascle l0 000 unidadesÍ121,aun cuando sugierencantidacles hastadel 50Vo' clepolvos.Son posiblesporosidades únicaclela rnetalurgia por otrosmedios' que podríansei difícileso imposiblesde producir o en nr¿lteriales rusuales, 'se ladosverticaleso casi verticales'aunque ca e' térmiros generalesque la partedebetener (figura l8'16)' corlo sugiereel sistemade clasificaciónMPIF puederrhacerescalonados como lag laterales de diseñocomo muescasy perforaciones Debe. evitarsecaracterísticas verticales' las muescasy perforaciones q.e se rruestra' e. la figura lg.l7. son permisibles vertila remoción.Las perforaciones con corllolas clela figura lg.lg, porqueno interfieren o estriadas)sin aumentar no reclonda(cuadradas calespueclenhacersede seccióntransversal o las dificultadesde procesamiento' hs herramientas signii'icativamente elt la parteya sinterizada' nraqttitrarse prolos ángulossonrnuyagudosseencuentran co.lo ser..estr.n.,il^ figuralg.lg. cuando tr|errrasctlltIarigidezt|eIosl)|"|llzolres.

414

.l Capítulo B / Metalrrrgiade polvos

'1.

ensado o,?'j:::i":=-J' +

t

F fC U R A 1 8 . 1 7 F o r m a sd e l a s partes que deben evitarse en metalurgiade polvos, (a) perforacioneslateralesY (b) muescaslaterales.La remoción de la ¡rartees imposible.

ffi-PerroracónffiMuesca (b)

(a)

F l ( ; U R A1 8 .l U F o r t r r a s de las [)artes ¡rernrisibles rle Polvos: en tnc'lalt¡rgia ( a ) p e r f o r a c i o t r evse r t i c a l e s o c u l t a s) , a b i e r t a s , (b) ¡rerioraciones vertic¡les y (c) rrluescas alrocarrlarlas e n r l i r e t< ' i ó r lv e r t i ta l . [ s t ¿ s la formas ¡-rernriten remoción.

oirección, ----l F . delprensado +

t l-I

Perforaciónoculta '- Perforaciónabierta

lI r i

Perforaciónabocardada

I

(b)

(a)

trMuesca (c)

'l -il:ff,"k 1'

mffi

Direccion

No se recomienda

Preferible

Recomendable

No se recomienda

Preferible

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

ciertasreglas: lograr chaflanesy esquina-sredondeadas,pero deben observarse FIGURA 18.19 Se ¡-rr-tetletr punzonado' del rigidez para mayores ángulos (b) són preferibles (a) evítenseángulosagrrclosclel chaflán, ",', i", utq'inus exterioresson difíciles l,s ra
en la figura 18.20'El () c'rr.cura ¡rerf'ració, y la paredexteriorclela parre,como se indica ( 1.5mm). Hay algunosejemtro ,rírir'o rec'rne.daclocrela perforaciónes 0.060pulg rriánre [4]' a estoslinearrlientos plostle violacioltes

de repaso Preguntas

415

Vista superior Espesormínimo de la pared

Vistade la sección transversal (b)

F I C U R A1 8 . 2 0 E l e s P e s o r mínimo recomendadoPara las paredes(a) entre Perforacioneso (b) entre una PerforaciónY la pared exteriordebe ser 0.060 Pulg ( 1 . 5n r m ) .

NTTERENCIASBIBLIOC RAFICAS , L" A nls t eat l,I l. lt . . O s trt' a l tlP. . F .. a n c lB e g e tn a nM' & tttlrctl'. J
Il l

1986C . h a P t e3r . 1 2 . Metallut.g}''for t3l Dixon, R. }I. T.. allclCIaytorr.l\.. [\¡v'rler Briglrton, Ltd'. Co. [,trh|islrilrg Ettgillcers,Machinerl' u. K . . 197| . p e rs o nnelat I4 l P er s onalc ont m u n i c a ti 0 nws i th te c h rti c a l 1 9 9 1 . D or s tA lr ler ic a.Il l c .' scirrrcc. Powder il4r'rullttr.q.\. l5f (ic,nil:rn.R. M.. Pott.tlct' N.J.' IVlcflrllurgy llttlustrics I;ctlct'ittioll, I)riltcetoll.

I 984. tr(olding' Powcler [(',1 Gcr¡lr¿tn. R. M.. Ptnttlcr Irt.it't'titsrt I)rincetcln, N.J.. F e d c r a t i o l l . Metallurgy lnclustIies 1990.

"Powder Metallurgy Technology f7l Johnson, P. K., Review-lggl,"lnternationalJournalofPowder Metollurgy,Vol. 27, No. 2, April l99l' tslMetalsHandbook'gthed.,Vol.T,PowderMetallurgy, A meri canS oci etyforMetal s,Metal sP ark, ohio, l9S4. Metallurgy Design Handbook' Metal Powder Pov,der t9l IndustriesFederation,Princeton,N'J', 1989' Processes' tl0l Schey,J. A., Introductiottto Manufacturing 1987' York' New Co', Book McGraw-Hill ed., Znd Chapter6. L', Sintering'Heyden' tl I I Walárorl,M. B., and Daniell,B' London,1978. R ' F' Tboland l l 2l W i ck, C ., B enedi ct,J.' [' .,andV ei l l eux, MartttfacturingEngineersllandbook, 4th ed'' Vol' II' Forntíng, Society of Manufacturing Engineers' Dearborn,Mich., 1984,ChaPterl7'

N T A SD E REPASO PRECU de polvos' comercialde la metalurgia 1 8 ..1 I\,lcrci.nealgu'asrazonesque explicanla importancia polvol? de de metalurgia solt alguttasdesve¡tajas{e los tnétoclos 1 8 . 2 .¿,Curiles de polvosparasu clasificación? cribado el en ntalla de tuittrcrct el significa 1 8 . 1 .¿,Qué 1 8 . 4 .¿ . C . t r í r | e s l a c l i f e r e n c i a e n t r e p o r o s a b i e r t o s y p o r o S c e r r a d o s e n l o s p o l v o s m e t á | i c o s ? paraunapartículametálica? clea.rpecto significael términot'elociritt 1 8 . - 5¿,Qué . de polvometálico? se micleel írrrguloclereposopa¡'aulla cantidaddada 1 8 . 6 .¿,Córno metálicos' polvos para volumétrica ,.nl y la clensiclad 1 8 . 7 .Definala tlensicla¿ lnetálicos? paraproducirpolvos nlétoclos sorrlOsprirrcipflles l 8 . t t . ¿,cuirles en la metalurgiade l,r, procesoscleformadoconvencionales á" básic.s pusos tres ros so' I t t . 9 . ¿,cuirres polvos'/ de polvos? ¡'cotltbinatloen la nletalurgia tóclricaclltl'enlezclaclo cs la tlile'r'cltcia l f l . 1 0 .¿,Cuirl metálicosduranteel polvos los a usualrnente qre .seañacren s.. urgurr.srre r.s irrgrecrientes I t t .| | . ¿,cu:ircs tnezc latlo o cot¡lbi lt¿ttl
i

\

t**-

416

C a p í t u l o 1 B / M e t a l u r g i ad e P o l v o s

verde? 18.12. ¿Quése entiendepor el térrninocompactado durantela compactación' individuales partículas las 18.13. Describalo que lespasaa en PM? usualde sinterización la tenrperatura aproximada rnás forma tipificaen lg.t4. ¿,cualclelas siguientes de fusión)' (Tr,= Temperatura b) 0.8 7;,,,c) T',,,' a) 0.-57',,,, en metalurgiade polvos? sinterización áe .i.ln .n'.1 soltlos tl'espasos 18.1.5.¿,C'trtílt's en sinterización? razonespor lasque convieneun hornocontrolado sonargurras rtt.r(r. ¿,cuírres

depolvos? enmetalurgia de la infiltración ;;. i;. ;¿;;i;r ,on rol venrajas demetal? portnvección porno'y mordeo

de ;'o,Til;,or¿.o porinyección il iá :il';#;;;; .-^r ., ,|^ l^ oinfatizqnián e n metaluren convencional pr.nrudo v dela sinterización del il. ii l,üll,i,'r.';iil;;: ;i';;;do isostático r

I

--

-^^ll^

gi:r dc ¡rolvos'l I t t . 2 0 . l ) e s c r i b al a s i r r l e r i z a c i ó lel r l f a s e l í q u i d a ' ptllvos metálicosdesdeel punto de vista químico? llt.2l. ¿,cuiilcss,¡l l¿rstkrs clasesbísicas de y rodamientos? apropiadapara ra producción de engranes rg.22. ¿,port¡ué ra nretarrrgiacreporvos es tai

porcentualde la correctasen el siguientecuestionario.La calificación I.lay un total cle lg respuestas en dichototal' llrttebatlebebasarse del pasara travéscle una criba se obtienepor el recíproco I8.l. El tilrnfllrocle las partículasque pueden o b) falso' clcrnallade la criba:a) verdatlero' lltitltt.t'o polvo metálico' sigúienteafirmación:paraun pesodadode la completa incisos los 1g.2. lrlc,tiliquecuírlcle b) menor partícula' de tamaño mayor a) por: la superlicietotal rlel áreade los polvos se incrementa forma. de o d) menorfactor tanra,itlclepartícu|a,c) mayor factorde forma, interparticulara) aumenta,o b) disminuye' fricción la partícula, 1g.3. Al aunrentarel tamañocle a) acicular' u poi"", la menor fricción interparticular? 1g.4, ¿,curildc las siguientesforros de polvo tiende b) cúbico,c) hojuelas,cl)esféricoy e) redondeado' (Puedehaber en el contextode los polvosmetálicos? 1g.5. ¿,C.álclelas siguientesafirmacioneses correcta empaquetamiento de = factor 1.0,b) a) porosidad+ factorde empaquetamiento r'ás de ura resplresta.) - porosidad,d) factor de empaque= 1.0 empaquetamiento cle s.lar'e.te = l/porosiclad,c) factor e) densidadvolurnétrica/densidadreal' tanticrtto= - pol'osiclacl, paracomprimiruna parteno sinterizase reñerea una operaciónde prensadoque se usa I'.(r. lil re¡rrerrsac¡r y un mejor acabadode la superficie:a) verdadero' da e, u, cladocerracloy lclgrarasí su climensionado (Puedehabermás de una respuesta') ros siguierresopcionesse refierela impregnación? 18.7. lriiif:e porosde una partede metalurgiade polvos' cleaceitepor acciónde capilaridaden los a) errrpapado una la metalurgiade polvos,o c) llenar los porosde b) c.l.car polírnerose' los porosde una parteen de polvoscon un metalfundido' partede rnetalurgia el molde? siguientesmaterialesestáhechotípicamente lg.g. E,, el ¡rre,.sad.isostático,¿,c.ncuál de los d) textiles,o e) polímerotermofijo' a) hulc,b) lírnrinade rnetal,c) acerocleherramienta, y el sinterizadode polvosmetálicos?(Puede prensado el procesosconrbina Itt.9. ¿,g.iil rle los siguientes caliente'c) sinterizadopor a) morcleopor inyecciónde metal,b) prensado habcr.,r¿isde ,na respuesta.) caliente' isostático chispasy tl) prensado prennndoy sinte' dificultarfao inrposibilitarfala realizacióndel diseño cle caracterísficas las cle lg.l0. ¿,cuírl b) perforaciones laterales' (pueclehabermásde uno ,".pu"sta.)a) perforaciones riziltlocOrrvencionales,l e) paredesvero abocardadas' verticales d) perforaciones c) esquinasexterioresredoncleadas, r.osca(l¿ls, ticalesclel/8 pulg (3 nrm) de espesor'

PROBLEMAS

Caracterización de los ¡rolvoserr ingeniería

de 0'001377pulg'utilizandola cot un cliánletro tienealanlbres t 8 . l. LI.n crirraco. u,.,nú'rer.'de rnaila325 alambre creparlículaque pasaríaa travésde la mallade ecruciírrrrÍr.r dctcrrrirc a) er tar'^ñ. rnáxirno abiertosen la criba' tlc espacios y b) la ¡rt'tl¡rtlrcitill

L

Problemas

417

pulg' utilizando la

de 0'213 r0 tiene alambrescon un diámetro de alambre 18.2.u,a criba con número de maila partículaque pasaríaa travésde la malla

máximode ecuaciónrg. r, deternrinea) er tamaño en la criba' abiertos y b) la proporciónde espacios l8'l' Expresela la ecuaciónrg.2,en lugarde la ecuación usando y 1g.2 lg.l r 8 . 3 .Resrervarosproblernas porcentaje' entrelos dos nlétodosde cálculocotno dif'erencia y er volumendel tamañomáximode erfuearupárn.iul esférica, forma de partícura una para Deten'ine 18.4. una criba con malla 200' partículaque poclríapasara travésde partículacon forma cúbica? una es la relaciónáe aspectode 1 8 . 5 ¿.cuál . ideales:a) esfera' metálicasde las siguientesformas purriulas puru fonra de factor el 1 8 . 6 I)etennire . con relaciónde longirongitudal diámetrode r, r , d) cilindro b) cubo,c) cirincrrocon una relación'de diámetroes I :10' al espesor de cuya reración 2:r, y e) hojueraen formá de disco trcl ¿rlcriírnretrocre tienenel mismo y todas esférica pesa2 rb. Las partículasán ¿, forma que esténapiI t t . 7 .tJ, r'.'tó' cre'.rvo rle rrierro partlculas las todas la superficiedel áreatotal de Determirre a) purg. 0.(x)2 trc triír.rcrro de lapila de partículas' es iguara 0.6 tlete'nineel volumen b) Si ci faclor.deer'paquetnmiento r¿rtr¿rs. clelhierroes igual aO'284lb/pulg3' Nota:La densiclacl pulg' Asumael factorde diámeirode raspartículases 0'004 excepro rg.7, lu".t problenra el 1 8 . 8 .Resuerva

esiguala0'002puls;sinembarclelapartícula promedio

queel diámetro suponsa t 8 . 9 . il]:1il:fffit|l"r., el25voen pesode laspartícuunadistribu.ionestadística.orosigue: iornrando varían gtr.f.s tarrnños pulg' Dada estadistribución' 0.002 pulg y erz|vo miden 0'003 las .ride¡r 0.001 purg,er sfJvomiden en el montón? total del áreade todasias partículas por ato¿,cuáles la superficie porvometálicode forma esférica en = s".onvierte pi. rado r-o diámetro el si I 8 . 1 0 .LI, cub. sóridode cobrecuyo superficie la de incremento.n .i áreatotal con gas.¿,cuáles er porcentajede nriz_ación tamaño' todaslas partículastienenel mismo que n'utu esféricapor clecadapartícula., ¿. 0.004pulg? forma de en polvo metálico cuyosrados= r.0 m, se.onui"rr, es 100 partícula la de 1 8 . lI . un cutrosólidode arunlinio, si el diámetro superficiese añadepor.r," p.or.so atomizacióncon gas.¿,cuánta partículastienenel mismq tamaño' esféricosy tienen ¡trn'/Asunraque io¿ut'las todos son perfectamente de porvosmetálicos,en el cuar grande vorurnen que pueden un Dado posible 2 l8.l máximo factor de empaquetamiento er nrismodiámetro,¿cuáles el exactamente telter?

cle cliseñoy comfiactación colrsicJeraciones

en un molcleabiertotienen lo.spolvosmetálicosque se alimentan prensaclo I g.| 3. [Jrrur¿rciertaoperaciónde reduceel polvo a dos terceraspartes de 0.5. La operacióncleprensado u' facr.r cleenrpaquetanriento asciendeaun ljvo sobre de sinterizadoposterior,la contracción terminacresu vorunreninicial.En la operación que afectanla estructurade la parte Dnd. que óstossorrlos úrricosfactores '¿rsr.r..ltrrrrr
F I C U R AP 1 B ' 1 5 P a r t eP a r ae l p r o b l e m a1 8 . 1 5 '

-T_1.250

__t

418

C a p í t u l o 1 B / M t a l u r g i ac l e p o l v o s

.;

unapresiónde coml g.l4. Seva a prensarun rodamientode forma sirnplea partirde polvosde bronceusando = pulg y la de 30 000 lb/pulg2.El diánretroexterior= 1.75 pulg, el diámetrointerior 0.875 ¡racración esta lorrgitu¿clelrodanriento= 1.0 putg. ¿Cuáles el tonelajerequeridode la prensaparadesempeñar operacitin? I8.15.LapartequesemuestraenlafiguraPls.l5sevaaprensarapartirdepolvosdehierro,usandounap estánen pulgadas.Determinea) la dirección de 75 000 lb/pulg2.Las dimensiones sió, clecompactación prensapara desempeñarestaoperacióny la de requerido más apropia¿a¿et prensado,b) el tonelaje que Ia contracciónduranteel sinterizado l0%o.Asuma del es c) el pesofinal de la parresi la porosiclad se puecledesPreciar. cadauno de los cuatrodibujosque lg.l(r. Irr¡iquca qtú claseclepartesclemetalurgiade polvospertenece en una o dos direccionesy prensada plg.l6; ser debe parte la si también indique aparecenen la figura estánen pulgadas' cuárt.s ¡iveles tle controlde prensase requerirán.Las dimensiones .l

@

O

f-2

ffi+ 'fr

1.800

-T-

n (a )

0.500

I

tr ozs*l

(b )

F I C L J RPAl B . l 6 P ¡ r l e -p' as r ae l p t o b l e t n1aB ' 1 6 '

\ _ .

_l_ 0.500

0.875

1.500

i

250+l

(c)

4.000

o46e-f-]t l+1.625